基于特征谱带的高光谱遥感矿物谱系识别.pdf

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1、第l0卷第2期地学前缘（中国地质大学，北京）VOI.l0NO.24452003年4月EartScienceFrOntiers（CinaUniversityOfGeOsciences，Beijing）Apr.2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于特征谱带的高光谱遥感矿物谱系识别甘甫平l，2，王润生2，马蔼乃l（l.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京l0087l；2.中国国土资源航空物探遥感中心，北京l00083）摘要：文中初步提出并建立矿物识别谱系的分层识别技术以及部分离子、矿物的光

2、谱识别规则。矿物光谱包含一系列特征吸收谱带。这些特征谱带在不同的矿物中具有较稳定的波长位置和较稳定的独特波形，能够指示离子类矿物、矿物的存在，是利用高光谱进行矿物识别的基础。文中分析了部分在自然界广泛存在的一些阴阳离子（如CO2-，Fe2+，Fe3+，AI3+，Mn2+，AI—OH和Mg—OH等）的可识3别特征光谱，总结部分离子类矿物或矿物识别规则，并以美国Cuprite地区的AVIRIS数据进行矿物识别试验，利用矿物谱系识别技术从离子类矿物到单矿物再到更精细类矿物逐层开展识别，取得了较好的效果，初步实现利用宏观的手段（遥感技术）进行微观（矿物）的探测。关键词：矿物谱系识别；识别

3、规则；特征谱带；高光谱；AVIRIS中图分类号：P575.4；P23l文献标识码：A文章编号：l005232（l2003）020445l0高光谱的光谱识别是高光谱区分于多光谱的主要标准，也是高光谱的优势所在。目前高光谱岩矿蚀l矿物光谱特征变信息识别与提取的方法主要为基于光谱波形参数［l~5］、波谱相似性测度［6~l4］、混合光谱模型［l5~22］在当前光学遥感摄影普遍使用的谱段范围（0.4等。在具有大量已知地物光谱时这些方法适应性强，~2.5!m）内，岩矿标型光谱特征都与碳酸根、水、羟图像地物识别更有用。但明显不足是由于实际地物基和铁离子等阴离子基团或一些阳离子有关。矿物光谱变异

4、、获取数据受观测角以及颗粒大小的影响而吸收特征的差异主要取决于矿物晶体物化属性的不造成光谱变化，准确匹配比较困难，造成岩矿识别与同，即阴阳离子的化合价、阳离子的配位数目、主要阳分析上的混淆和误差［23］。事实上，矿物往往具有其离子的质量、键的共价程度、阴阳离子间的距离、晶体对称的不同［26］。这些特征吸收指的是矿物独特而较特有、独特的诊断性特征吸收谱带，这些特征谱带在不同的矿物中具有较稳定的波长位置和较稳定的独稳定的吸收谱带。这些谱带在不同的矿物中有较稳特波形，能够指示离子类矿物、单矿物的存定的波长位置，具较稳定独特的波形，指示着某种矿2+3+3+在［6，24~27］。通过这些谱

5、带或其组合，能够实现对矿物的存在。一般而言，阳离子（如Fe，Fe和Mn等）因电子跃迁而在可见光区或近红外具有特征谱物的识别。带，阴离子基团（如CO2-，H-与金属-OH基由此，本文通过对矿物光谱特征进行分析和总32O，OH团等）因弯曲振动而在短波红外产生倍频与合频的光结，建立基于特征谱带的矿物识别谱系对矿物类或矿谱特征［28］。物进行识别。该方法在一定程度上可以实现对高光!.!阳离子光谱特征谱岩矿信息的智能识别。（l）Mn离子：这里主要分析水锰矿、硬锰矿、菱锰收稿日期：2002l009；修订日期：2002l2l3矿、锰铝榴石与锰橄榄石中Mn的光谱特征。Mn2+是基金项目：国家自然

6、科学基金项目（4020l034）；国家863-l03项目5典型的d电子构架，其谱带主要产生于电子跃迁。（200lAAl36020-4）；国土资源部“十五”重点科研项目（2002206）；中国地质调查局重点科研项目（DK9902062）在可见光区域（图l），锰的特征谱带主要为0.45!m作者简介：甘甫平（l97l—），男，博士后，主要研究方向：遥感技术与0.55!m以及在0.36~0.4l!m附近的3处吸收特与应用、高光谱遥感与遥感信息模型。征，或在0.4~0.6区域产生的一个较陡的半吸收!m446甘甫平，王润生，马蔼乃/地学前缘（EarthScienceFrOntiers）200

7、3，l0（2）特征。的氧化物和硫化物因矿物颜色的影响，属于不透明矿物系列，出现光谱吸收限，光谱特征被掩盖，轻微的氧化或蚀变可能使铁的一些特征波谱显现出来。（3）铝离子（AI3+）类矿物光谱：铝离子在大多矿物中均能发现，尤其是硅酸盐矿物。铝在硅酸盐矿物结构中起着双重作用。一是呈四次配位，代替部分的Si4+而进入络阴离子，形成铝硅酸盐；二是呈六次配位，存在于硅氧骨干之外，起一般阳离子作用，形成铝的硅酸盐；或者兼有上述两者的特性。图3为这些矿物的波谱曲线。铝的氧化物波谱为l.4附近的反